(57)【要約】【課題】  亜鉛メッキ鋼板からなるパネル部品の接合部の強度を高く保持することができるパネル部品の成形方法及びレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】  亜鉛メッキ鋼板のブランク材３を金型内に配置し、このブランク材３の周縁部をブランクホルダー９とダイ５とで挟持し、この状態で、ポンチをダイ５側に押し込むことによって、ブランク材３をダイ５の内方に絞りこむパネル部品の成形方法において、前記ブランクホルダー９に凸ビード１１を形成すると共に、ダイ５にこの凸ビード１１に係合する凹部１３を形成し、前記凸ビード１１と凹部１３とで挟んだブランク材３の部位に曲げと曲げ戻しを加えると共に、この曲げと曲げ戻しを加えた部位を、レーザ溶接の接合部に設定するパネル部品の成形方法である。【選択図】      図５
2005095925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛メッキ鋼板のブランク材を金型内に配置し、このブランク材の周縁部をブランクホルダーとダイとで挟持し、この状態で、ポンチをダイ側に押し込むことによって、ブランク材をダイの内方に絞りこむパネル部品の成形方法において、
前記ブランクホルダー及びダイのうちの一方側に凸ビードを形成すると共に、他方側にこの凸ビードに係合する凹部を形成し、前記ブランク材の周縁部をこれらの凸ビードと凹部とで挟み込み、この状態で、ポンチをダイ側に押し込むことによって、前記凸ビードと凹部とで挟んだブランク材の部位に曲げと曲げ戻しを加えると共に、この曲げと曲げ戻しを加えた部位を、レーザ溶接の接合部に設定することを特徴とするパネル部品の成形方法。
【請求項２】
複数の角部を有する凸状のポンチと該ポンチに合致する形状に形成された凹状のダイとからなる金型内に亜鉛メッキ鋼板のブランク材を配置し、前記ポンチをダイ側に押し込んで前記ブランク材をダイの内方に絞り込むことによって、前記ポンチとダイの角部でブランク材に曲げと曲げ戻しを加え、この曲げと曲げ戻しを加えた部位を、レーザ溶接の接合部に設定することを特徴とするパネル部品の成形方法。
【請求項３】
亜鉛メッキ鋼板のブランク材をプレス成形して得られる複数のパネル部品の接合部同士を当接させて重ね、この状態で、前記接合部にレーザ光を照射してパネル部品同士を接合させるレーザ溶接方法において、
これらのパネル部品の曲げと曲げ戻し加工を受けた部位を接合部に設定したことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項４】
前記接合部は、金型を構成するブランクホルダー及びダイのうちの一方側に凸ビードを形成すると共に、他方側にこの凸ビードに係合する凹部を形成し、前記ブランク材の周縁部をこれらの凸ビードと凹部とで挟み込み、この状態で、ポンチをダイ側に押し込むことによって、前記凸ビードと凹部とで挟んだブランク材の部位に曲げと曲げ戻しを加えた部位であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
前記接合部は、複数の角部を有する凸状のポンチと該ポンチに合致する形状に形成された凹状のダイとからなる金型内に亜鉛メッキ鋼板のブランク材を配置し、前記ポンチをダイ側に押し込んで前記ブランク材をダイの内方に絞り込むことによって、前記ポンチとダイの角部でブランク材に曲げと曲げ戻しを加えた部位であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛メッキ鋼板からプレス加工によってした成形されたパネル部品の成形方法、及びこのパネル部品を用いたレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パネル部品をプレス加工によって成形する場合は、凸状のポンチ、該ポンチに係合する凹形状のダイ、及び該ダイに対向配置されるブランクホルダーから構成される金型を用いて深絞り成形又は張出成形によって成形している。
【０００３】
具体的には、平板状のブランク材の周縁部をブランクホルダーとダイとで挟持し、この状態で、ポンチをダイに向けて移動させてダイの底部に突き当てることによって、パネル部品の成形を行っている。
【０００４】
また、パネル部品の従来のレーザ溶接は、接合部となるパネル部品の溶接フランジ部同士を当接させ、この状態で、溶接フランジ部に向けてレーザ光を照射することにより、溶接フランジ部同士を接合している（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】溶接学会論文集  第１５巻  第３号  「亜鉛メッキ鋼板のレーザ重ね溶接」      第４３８頁〜第４４４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来例では、ブランク材として亜鉛メッキ鋼板を用いると、溶接フランジ等の接合部が強度を低下させるおそれがあった。
【０００６】
つまり、亜鉛メッキ鋼板は、表面及び裏面の少なくともいずれかの面に亜鉛メッキを施したものであり、レーザ光を亜鉛メッキ鋼板のメッキ面に照射すると、その照射部分からは亜鉛の蒸気が発生する。従って、亜鉛メッキ鋼板からなるパネル部品の溶接フランジ同士を当接し、この溶接フランジにレーザ光を照射すると、亜鉛メッキが蒸発してその蒸気が十分に抜けきれず、接合部の強度低下を招くおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、亜鉛メッキ鋼板からなるパネル部品の接合部の強度を高く保持することができるパネル部品の成形方法及びレーザ溶接方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明に係るパネル部品の成形方法は、表面に亜鉛メッキを施した亜鉛メッキ鋼板からなるブランク材の周縁部をブランクホルダーとダイとで挟持し、ポンチをダイ側に押し込んで、前記ブランク材をダイの内方に絞りこむパネル部品の成形方法において、前記ブランクホルダー及びダイのうちの一方側に凸ビードを形成すると共に、他方側にこの凸ビードに係合する凹部を形成し、前記ブランク材の周縁部をこれらの凸ビードと凹部とで挟み込み、この状態で、ポンチをダイ側に押し込むことによって、前記凸ビードと凹部とで挟んだブランク材の部位に曲げと曲げ戻しを加えると共に、この曲げと曲げ戻しを加えた部位を、レーザ溶接の継手部に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るパネル部品の成形方法によれば、レーザ溶接の接合部（継手部）に、曲げ及び曲げ戻しを加えた部位を設定するため、レーザ溶接時の入熱により接合部近傍の残留応力が解放されて、接合面同士に微小な隙間、例えば５０μｍ以上が生成する。これにより、接合部にレーザ光を照射した場合でも、前記隙間から亜鉛の蒸気が抜け出すので、亜鉛メッキに起因するポロシティが発生せず、接合部の強度を高く保持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。
【００１１】
[第１の実施形態]
図１は、本発明の第１実施形態による金型１内にブランク材３を配置した状態を示す断面図である。金型１は、下部側に配置したダイ５と、該ダイ５に対向して上部側に配置したポンチ７及びブランクホルダー９とを備えており、これらのポンチ７及びブランクホルダー９がそれぞれ独立して上下方向に移動自在に構成されている。また、ポンチ７の下面はダイ５の上面に対応した形状に形成され、これらの下面と上面で製品形状が形成される。そして、ポンチ７の側方には、ブランクホルダー９が配置されている。
【００１２】
このブランクホルダー９の下面には、下方に向けて凸状に形成された凸ビード１１が設けられている。一方、ブランクホルダー９の下方に位置するダイ５には、ブランクホルダー９の凸ビード１１に係合する凹部１３が形成されている。この凹部１３は、ブランクホルダー９が下死点にまで下降した場合に、凸ビード１１と係合するように形成されている。これらの凸ビード１１と凹部１３とでブランク材３の周縁部を押さえることによって、ポンチ７をダイ５側に押し込む際にブランク材３のしわ押えを確実に行うことができる。なお、本実施形態では、ブランクホルダー９側に凸ビード１１を形成してダイ５側に凹部１３を形成したが、この逆に、ダイ５側に凸ビード１１を形成してブランクホルダー９側に凹部１３を形成しても良い。
【００１３】
また、パネル部品の成形に用いるブランク材３は、表面と裏面の少なくともいずれかの面に亜鉛メッキを施した亜鉛メッキ鋼板を用いている。この亜鉛メッキ鋼板は、溶融メッキ工法のうち最も広く実用されているものを用いており、亜鉛メッキは特にガルバナイジングとも呼ばれる。浴温が約４５０℃のメッキ浴中に鋼板を浸漬し、引き上げて表面に付着した亜鉛を凝固させることによって、鋼板表面にメッキ層を形成させる。亜鉛メッキ鋼板は、大気中において優れた耐食性を有するため、自動車用部品をはじめ、建築材料や家庭電気機器などに広く用いられている。
【００１４】
前記構成を有する金型１を用いて、パネル部品をプレス成形する手順を簡単に説明する。
【００１５】
まず、図１に示すように、平板状の亜鉛メッキ鋼板からなるブランク材３を金型１内に配置する。このときは、ポンチ７及びブランクホルダー９は、上死点に位置している。
【００１６】
次いで、図２に示すように、ブランクホルダー９を下死点まで下降させて、ブランクホルダー９とダイ５とでブランク材３を挟持する。前述したように、ブランクホルダー９には、凸ビード１１が形成され、ダイ５には凹部１３が形成されている。従って、図２の拡大図である図３に示すように、ブランク材３は凸ビード１１に沿った形状、即ち、下方に向けて凸状に形成された状態で挟持される。
【００１７】
こののち、図４に示すように、ポンチ７を下降させると、ポンチ７の加工面である下面にブランク材３が巻き付くように湾曲する。ここで、図５に示すように、ブランク材３の端縁１５は、図５の矢印方向に移動する。即ち、ポンチ７が下降してブランク材３を下方に押し込むと、ブランク材３の端縁１５も徐々にダイ５の内方に引きずり込まれ、凸ビード１１と凹部１３との間において、ブランク材３は一点鎖線の矢印で示したように、凸ビード１１の外側近傍１７で曲げられ、凸ビード１１の頂点１９で曲げ戻され、さらに凸ビード１１の内側近傍２１で再度曲げられる。このように、ブランク材３の周縁部は、ブランクホルダー９の凸ビード１１とダイ５の凹部１３との間を移動する際に、曲げ加工と曲げ戻し加工とを交互に受けながら、金型１の内方に引きずり込まれる。
【００１８】
そして、図６及び図７に示すように、ポンチ７を下死点まで下降させた状態では、ブランク材３の端縁１５は凸ビード１１の内側にまで移動する。ここで、前述した図２のＰ点は、ブランク材３の部位のうち、凸ビード１１と凹部１３とによって最初に挟持された部位である。従って、図６に示すブランク材３のＰ点から外側の外周縁部Ｗ１は、凸ビード１１と凹部１３とによって曲げと曲げ戻しが繰り返し施された部位であり、この曲げと曲げ戻しによって残留応力が生じており、かつ、ダイ５の面によって平坦に形成されている。
【００１９】
以上の説明によって成形されたパネル部品２３（図６と図７を参照）を用いてレーザ溶接を行う方法を簡単に説明する。
【００２０】
前記図６で説明した外周縁部Ｗ１は、残留応力が生じている平坦な部位であり、本実施形態においては、この外周縁部Ｗ１をレーザ溶接におけるパネル部品２３の接合部（例えば、溶接フランジ）に設定する。
【００２１】
よって、複数のパネル部品２３を互いにレーザ溶接によって接合させる場合は、パネル部品２３の接合部同士を重ね合わせ、この接合部にレーザ光を照射する。
【００２２】
すると、レーザ光を照射した接合部はレーザ光の入熱によって高温となり、残留応力が解放される。これにより、接合部には微少な歪が発生し、接合部同士の間には、極めて小さな隙間（例えば、５０μｍ以上）が生成される。よって、ブランク材３の表面に形成された亜鉛メッキ層は、レーザ光の照射によって蒸発するが、この小さな隙間から亜鉛の蒸気が抜け出すため、接合部に亜鉛メッキに起因するポロシティが発生することがなく、接合部の接合強度を高く保持することができる。
【００２３】
また、前記接合部は、平坦に形成されているため、加圧ローラなどで容易に隙間調整を行うことができる。
【００２４】
[第２の実施形態]
次いで、第２の実施形態について説明するが、前記第１の実施形態と同一内容のものについては同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２５】
図８は、第２実施形態に用いる金型３１の断面図である。この金型３１は、上部側に配置したダイ３３と該ダイ３３に対応する形状のポンチ３５とから構成されており、ダイ３３を上下に移動させることができる。また、ダイ３３の下面及びポンチ３５の上面には、複数の角部が形成されている。
【００２６】
この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、ポンチ３５とダイ３３との間に亜鉛メッキ鋼板のブランク材３を配置し、上側のダイ３３を下降させることによって、ポンチ３５とダイ３３の角部でブランク材３に曲げと曲げ戻しを加える。
【００２７】
例えば、図８と図９に示すように、ダイ３３の上側の角部３７でブランク材３の側部が上下にしごかれ、これによってブランク材３に曲げと曲げ戻しが加えられる。また、図８に示すＱ点は、ブランク材３にダイ３３の下側の角部３９が最初に当接する部位であるが、ダイ３３を下降させていくと、このＱ点が徐々にダイ３３の内方に絞り込まれていき、図１０に示す位置に移動する。この図１０の状態で、パネル部品４１が成形される。従って、図１０のＱ点より外側に位置する外周縁部Ｗ２は、ダイ３３の角部３９によって曲げと曲げ戻し加工を加えられた部位であり、曲げと曲げ戻しによって残留応力が生じており、かつ、ダイ３３とポンチ３５の面によって平坦に形成されている。
【００２８】
以上の説明によって成形されたパネル部品４１を用いてレーザ溶接を行う方法を簡単に説明する。
【００２９】
前記外周縁部Ｗ２は、残留応力が生じている平坦な部位であり、本実施形態においては、この外周縁部Ｗ２をレーザ溶接を行う場合におけるパネル部品４１の接合部に設定する。
【００３０】
よって、複数のパネル部品４１を互いにレーザ溶接によって接合させる場合は、パネル部品４１の接合部同士を重ね合わせ、この接合部にレーザ光を照射する。
【００３１】
すると、レーザ光を照射した接合部はレーザ光の入熱によって高温となり、残留応力が解放される。これにより、接合部には微少な歪が発生し、接合部同士の間には、極めて小さな隙間（例えば、５０μｍ以上）が生成される。よって、ブランク材３の表面に形成された亜鉛メッキ層は、レーザ光の照射によって蒸発するが、この小さな隙間から亜鉛の蒸気が抜け出すため、接合部に亜鉛メッキに起因するポロシティが発生することがなく、接合部の接合強度を高く保持することができる。
【実施例】
【００３２】
以下に、前述した本実施形態を確認するための実施例を簡単に説明する。
【００３３】
図１１は、亜鉛メッキ鋼板をレーザ溶接する場合における、重ね継手の接合部同士の隙間と引張せん断強度との関係を示すグラフであり、溶接ビード長さは２０ｍｍである。ブランク材の板厚が２．３ｍｍの場合は、隙間の大きさによる引張せん断強度のバラツキはあまりない。
【００３４】
一方、板厚が０．８ｍｍの場合は、隙間を０．４ｍｍ以下に設定して管理すれば、引張せん断強度を確保することができるが、隙間が０ｍｍのときは、引張せん断強度のバラツキが非常に大きい。このため、接合部の隙間を適正な範囲に管理することが重要であることが判る。
【００３５】
また、図１２は接合部同士の隙間が極めて小さい場合における隙間の寸法と引張せん断強度の低下率との関係を示すグラフであり、縦軸は母材強度を１００％とした場合の引張せん断強度の低下率であり、隙間は５μｍ単位でデータを取っている。この図１２に示すように、亜鉛メッキ鋼板においては、亜鉛の目付量が大きいほど引張せん断強度が低下し、また、隙間が５０μｍ以下になると亜鉛メッキ鋼板は大きく強度低下を起こすことが判る。
【００３６】
また、図１３〜図１６は、接合部同士の隙間がない状態でレーザ溶接を施した溶接ビード表面の外観を示す写真であり、亜鉛の目付量を０〜６０ｇ／ｍ２の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合を示している。
【００３７】
これらの写真に示すように、隙間が０ｍｍでの溶接ビード表面及び縦断面は、大きな気泡が発生しており、亜鉛の蒸気が溶融金属を吹き飛ばしたことが判る。
【００３８】
従って、これらの実施例によっても、接合部同士の隙間は５０μｍ以上に管理することが望ましいことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態による金型内にブランク材を配置した状態を示す断面図である。
【図２】ブランクホルダーでブランク材を挟持した状態を示す断面図である。
【図３】図２のＡ部を拡大した断面図である。
【図４】ポンチをダイ側に押し込んだ状態を示す断面図である。
【図５】図４のＢ部を拡大した断面図である。
【図６】ポンチを下死点まで押し込んだ状態を示す断面図である。
【図７】図６のＣ部を拡大した断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による金型内にブランク材を配置した状態を示す断面図である。
【図９】図８のＤ部を拡大した断面図である。
【図１０】ダイをポンチに対して下死点まで押し込んだ状態を示す断面図である。
【図１１】亜鉛メッキ鋼板をレーザ溶接する際に、接合部同士の隙間と引張せん断強度との関係を示すグラフである。
【図１２】接合部同士の隙間が極めて小さい場合における隙間の寸法と引張せん断強度の低下率との関係を示すグラフである。
【図１３】接合部同士の隙間がない状態でレーザ溶接を施した溶接ビード表面の外観を示す写真であり、亜鉛の目付量が０ｇ／ｍ２の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合を示している。
【図１４】接合部同士の隙間がない状態でレーザ溶接を施した溶接ビード表面の外観を示す写真であり、亜鉛の目付量が２０ｇ／ｍ２の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合を示している。
【図１５】接合部同士の隙間がない状態でレーザ溶接を施した溶接ビード表面の外観を示す写真であり、亜鉛の目付量が４０ｇ／ｍ２の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合を示している。
【図１６】接合部同士の隙間がない状態でレーザ溶接を施した溶接ビード表面の外観を示す写真であり、亜鉛の目付量が６０ｇ／ｍ２の亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合を示している。
【図１７】図１５の溶接ビードの縦断面を示す写真である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｗ１，Ｗ２…外周縁部（周縁部）
１，３１…金型
３…ブランク材
５，３３…ダイ
７，３５…ポンチ
９…ブランクホルダー
１１…凸ビード
１３…凹部
２３，４１…パネル部品
【図１】
2005095925.tif 000003
【図２】
2005095925.tif 000004
【図３】
2005095925.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005095925.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005095925.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2005095925.tif 000013
【図１２】
2005095925.tif 000014
【図１３】
2005095925.tif 000015
【図１４】
2005095925.tif 000016
【図１５】
2005095925.tif 000017
【図１６】
2005095925.tif 000018
【図１７】
2005095925.tif 000019